Лазеры, уже существующие сегодня, близки к достижению максимальной интенсивности. Уже следующее поколение лазеров может достичь предела возможного. Кратко выражаясь: «Звезда смерти» из «Звёздных войн» невозможна.

В 1997 году в ходе эксперимента на Стэнфордском линейном ускорителе (США) физики направили луч зелёного лазера мощностью триллион ватт на пучок электронов, разогнанных до энергии 47 ГэВ, в результате чего возникло чудовищное электромагнитное поле. Часть фотонов превратилась в высокоэнергетичные гамма-кванты, которые в свою очередь сталкивались с фотонами, образовывая электрон-позитронные пары.

Рис. 1. Одна из составляющих SLAC.

Превращение вещества в свет — ординарное явление: его можно наблюдать, скажем, при ядерном взрыве. Эксперимент в Стэнфорде впервые показал обратный процесс — формирование вещества из света, хотя эффект был предсказан примерно за 50 лет до этого, когда ещё не существовало необходимого оборудования. Физики называют это «искрой в вакууме».

Эксперимент остался единичным событием, но он ещё раз доказал, что, если электромагнитное поле имеет достаточно энергии, свет становится веществом. Поскольку лазеры достигают всё большей интенсивности, энергия создаваемых ими электромагнитных полей тоже растёт.

Сотрудники Московского инженерно-физического института Александр Федотов и Николай Нарожный, директор лаборатории прикладной оптики при Национальном колледже передовых технологий (Франция) Жерар Муру и заместитель координатора проекта ELI (Extreme Light Infrastructure) Георг Корн из Института квантовой оптики имени Макса Планка (ФРГ) пришли к выводу, что при достижении критической интенсивности произойдёт каскадный эффект. Электрон-позитронные пары будут ускоряться лазерным полем на таких высоких энергиях, что сами по себе станут испускать фотоны, способные производить новые пары, и так далее. Более того, расчёты исследователей показывают, что даже одной такой пары может хватить для полного уничтожения лазерного поля, когда энергия, создаваемая парой, сравнится с энергией лазера.

Россияне и их коллеги пишут буквально следующее:

При высокой интенсивности лазерного излучения взаимодействие возникших электронов и позитронов с лазерным полем может привести к производству нескольких новых частиц и, следовательно, к образованию лавинообразного электромагнитного каскада».

Физики давно подозревали, что этот эффект может ограничить интенсивность лазера. Новые расчёты показывают, что предел, вероятно, будет достигнут в уже строящихся европейских лазерных установках, таких как ELI и XFEL (X-ray Laser Project).

Результаты исследования будут опубликованы в журнале Physical Review Letters.